一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，属于发光二极管封装和应用技术领域。系统包括非球面反射面、平凸透镜和双凸透镜组成的准直透镜组、透明平板，整个系统关于其中心轴旋转对称，其中双凸透镜的后表面为非球面；非球反射面使照射在其上的全部光线反射后不经准直透镜直接出射；准直透镜组使照射在其上的全部光线折射后出射；透明平板连接外侧的反射面和中间的准直透镜，起固定准直透镜的作用，但不改变照射在其上的光线方向。整个准直光学系统的长度为19.00 mm，出光孔径29.32 mm。LED面光源放在平凸透镜前表面前4 mm处，从直径1 mm 的圆形 LED面光源发出的光经过此光学系统后出射光线的最大半视场角为4.300，不计菲涅耳损耗和材料吸收，光能利用率可以达到100%，将在远场形成一个中心亮、边缘稍暗的圆形光照区域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学镜头、以及由镜头组成的非成像系统，具体是指用于LED光源准 直的光学系统，该光学系统将直径为I_圆形LED光源发出的光在没有能量损失(不计菲 涅耳损耗和材料吸收）的条件下把出射光线的最大半视场角从±85°压缩到±4. 30°，属于 发光二极管封装
技术介绍
目前LED光源准直系统大多采用折反混合式自由曲面组合系统，这种系统主要由 外侧的自由曲面反光杯和中间的自由曲面透镜组成，这种结构使LED出射光束照射在反光 杯上的部分通过反射实现准直，照射在自由曲面透镜上的部分通过折射实现准直。该自由 曲面是在发光点与照明点之间建立起一种几何映射关系，尔后根据折反定律的矢量形式， 构建一组复杂的数学公式找到折射点或者反射点，这些折射点或者反射点就是构造自由曲 面的离散点。 自由曲面具有一定的近似性，一是通过数学计算求解离散点过程中的近似性，二 是自由曲面构建过程中的近似性，再者自由曲面的加工成本较高。因此，减少近似性、降低 加工成本就显的尤为重要。
技术实现思路
本专利技术目的是通过对上述LED折反准直系统进行改进，把自由曲面改为球面或者 非球面，同时在结构上进行适当调整，能够使LED出射光发散角从±85°压缩到±4.3°， 而且在±4. 3°以内光能利用率达到100%。 本专利技术的准直系统结构如图1所示，准直系统由外侧的高次非球面（1)、中间的 平凸透镜（2)和双凸透镜（3)组成的准直透镜组、固定平凸透镜的透明平板（4)和固定双凸 透镜的透明平板（5)组成，所述光学系统关于其中心轴旋转对称。 从LED光源（6)发出的光照射到中间平凸透镜（2)的部分经透镜（2)和（3)折射 后±4. 30°以内的视场角出射，照射到光学系统外侧反射面（1)部分经反射后不经过中间的 准直透镜（2)和（3)而直接出射，固定准直透镜的透明平板（4)和（5)不改变光的方向。 优选的，所述的平凸透镜（2)由前表面（21)、后表面（22)、侧表面（23)围成；前表 面为平面，高度为8mm，后表面是球面，高度为9. 24mm，侧表面为连接两球面的圆台侧面， 圆台面前后两底面的直径分别为8mm、9. 24 _。 优选的，所述的双凸形透镜（3)由前表面（31)、后表面（32)、侧表面（33)围成；前 表面为球面，高度为11. 08mm，后表面为非球面，高度为11. 32mm，侧表面为连接两球面的 圆台侧面，圆台前后两底面的直径分别为11. 08 _、11.32 _。 优选的，所述的外侧高次非球面（1)和双凸透镜（3)的后表面（32)应满足非球面 公式（1)的要求：【主权项】1. 一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，其特征在于：包括外侧的高次非球面 (1)、中间的平凸透镜（2)和双凸透镜（3)组成的准直透镜组、固定平凸透镜的透明平板（4) 和固定双凸透镜的透明平板（5)，所述光学系统关于其中心轴旋转对称；从LED光源（6)发 出的光照射到中间平凸透镜（2)的部分经透镜（2)和（3)折射后以±4. 30°以内的视场角 出射，照射到光学系统外侧反射面（1)的部分经反射后不经过中间的准直透镜（2)和（3)而 直接出射，固定准直透镜的透明平板（4)和（5)不改变光的方向。2. 如权利要求1所述的一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，其特征在于：所述 的平凸透镜（2)由前表面（21)、后表面（22)、侧表面（23)围成；前表面为平面，高度为8 mm， 后表面是球面，高度为9. 24 _，侧表面为连接两球面的圆台侧面，圆台前后两底面的直径 分别为 8 mm、9. 24 mm。3. 如权利要求1所述的一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，其特征在于：所述 的双凸形透镜（3)由前表面（31)、后表面（32)、侧表面（33)围成；前表面为球面，高度为 11.08 _，后表面为非球面，高度为11. 32 _，侧表面为连接两球面的圆台侧面，圆台前后 两底面的直径分别为11. 08 mm、11. 32 mm。4. 如权利要求1和3所述的一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，其特征在于：所 述的外侧高次非球面（1)和双凸透镜（3)的后表面（32)应满足非球面公式（1)的要求：(1) 其中，i构非球面顶点的』坐标值，C为非球面顶点曲率，为非球面方程的系 数，，这些参数应取表1中的值〇5. 如权利要求1及2和3所述的一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，其特征在 于：所述平凸透镜（2)和双凸形透镜（3)的球面半径参数及距离参数取表2中的数据〇6. 如权利要求1所述的一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，其特征在于：所述 平凸透镜（2)的前表面（21)前4. Omm处放置LED芯片，芯片最大发光面为直径I mm的圆 形面。7. 如权利要求1所述的一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，其特征在于：所 述外侧高次非球反射面（1)、平凸透镜（2)和双凸形透镜（3)的材料为ACRYLIC，折射率为 1. 520〇8.如权利要求1所述的一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，其特征在于：固定 平凸透镜的透明平板（4)和固定双凸透镜的透明平板（5)的厚度在0.2 mm~0. 5 mm之间， 材料为ACRYLIC，透明平板（4)位于平凸透镜（2)侧表面（23)的右端，透明平板（5)位于双 凸透镜（3 )侧表面（33 )的中间，两平板都垂直于光轴。【专利摘要】一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，属于发光二极管封装和应用
系统包括非球面反射面、平凸透镜和双凸透镜组成的准直透镜组、透明平板，整个系统关于其中心轴旋转对称，其中双凸透镜的后表面为非球面；非球反射面使照射在其上的全部光线反射后不经准直透镜直接出射；准直透镜组使照射在其上的全部光线折射后出射；透明平板连接外侧的反射面和中间的准直透镜，起固定准直透镜的作用，但不改变照射在其上的光线方向。整个准直光学系统的长度为19.00 mm，出光孔径29.32 mm。LED面光源放在平凸透镜前表面前4 mm处，从直径1 mm 的圆形 LED面光源发出的光经过此光学系统后出射光线的最大半视场角为4.300，不计菲涅耳损耗和材料吸收，光能利用率可以达到100%，将在远场形成一个中心亮、边缘稍暗的圆形光照区域。【IPC分类】G02B17-08【公开号】CN104765136【申请号】CN201510103556【专利技术人】秦华, 冯东太, 刘波 【申请人】山东理工大学【公开日】2015年7月8日【申请日】2015年3月10日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于圆形LED面光源的准直光学系统，其特征在于：包括外侧的高次非球面 （1）、中间的平凸透镜（2）和双凸透镜(3)组成的准直透镜组、固定平凸透镜的透明平板（4）和固定双凸透镜的透明平板(5)，所述光学系统关于其中心轴旋转对称；从LED光源（6）发出的光照射到中间平凸透镜（2）的部分经透镜（2）和(3)折射后以±4.300以内的视场角出射，照射到光学系统外侧反射面（1）的部分经反射后不经过中间的准直透镜（2）和(3)而直接出射，固定准直透镜的透明平板（4）和(5)不改变光的方向。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦华，冯东太，刘波，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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